clase 1-mat. de ingeniería ucv (2014-i)

CURSO: MATERIALES DE INGENIERÍA DOCENTE: Ing. ALEX DIAZ DIAZ

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TEMA: ENLACE QUIMICO - ESTRUCTURA DE MATERIALES

INGENIERÍA INDUSTRIAL

21/04/2023 MATERIALES DE INGENIERIA-UCV 1

Conocer la influencia de la composición, estructura sobre las propiedades de los materiales de ingeniería.

OBJETIVO DE LA CLASE:

Al término de la clase, el estudiante, será capaz de conocer los principales materiales de ingeniería y de analizar la influencia que tiene los procesos, la composición y la estructura sobre las propiedades de los materiales.

LOGRO DE LA CLASE:


¿Porqué los metales tiene buena ductilidad, alta conductividad eléctrica pero se corroen con facilidad?

¿Porqué los cerámicos tiene alta resistencia mecánica pero son frágiles ?

¿Porqué los plásticos son livianos y resistentes a la corrosión?


Materiales Metálicos

Materiales metálicos

Buenas propiedades mecánicas (alta conductividad térmica, eléctrica, ductilidad, maleabilidad), mala resistencia a la corrosión


Materiales Cerámicos

Materiales cerámicos

Buenos aislantes eléctricos, alta resistencia a la compresión, alta fragilidad, resistentes a alta temperatura y a ambientes degradables.


Materiales Poliméricos

Materiales poliméricos

livianos, flexibles, aislantes eléctricos, buena deformabilidad, resistentes a la corrosión.


Materiales Compuestos

Para ingeniería, los materiales compuestos más importantes son:- Plásticos reforzados con fibras- Hormigón- Asfalto- Madera- Materiales compuestos de matriz metálica y matriz cerámica

Propiedades que dependen de los materiales mixtos utilizados


Relación entre estructura, propiedades y procesamiento

Procesamiento o procesos

Estructura Composición

Propiedades del material


Procesamiento y procesos de los materiales

Laminado(rolado) Doblado

Tratamiento térmico

Fundición de acero de bajo

carbono


Composición del material

Las aleaciones introducen distorsiones en la red cristalina, sean estas pequeñas o importantes provocan una alteración en las propiedades de los metales puros: Aumento de la resistencia mecánica, disminución de la conductividad.


Estructura del material

Estructura cristalinaEstructura atómica

Estructura granular de hierro (x100) Estructura multifasica del hierro (perlita x400)


Estructura de los ÁtomosÁTOMO

Unidad Básica de un ElementoDiámetro : 10 –10 m.

Neutralmente Cargada

NúcleoDiámetro : 10 –14 m

Representa casi toda la masaCarga Positiva

Nube ElectrónicaMasa : 9.109 x 10 –28 gCarga : -1.602 x 10 –9 C

Repres. todo el volumen

ProtónMasa : 1.673 x 10 –24 gCarga : 1.602 x 10 –19 C

NeutrónMasa : 1.675 x 10 –24 g

Carga Neutral


Número Atómico y Masa Atómica• Número Atómico = Número de Protones en el núcleo• Único en un elemento

Ejemplo :- Hidrógeno = 1, Uranio = 92

• Masa atómica relativa = Masa en gramos de 6.023 x 1023

( Número de Avagadro) Átomos. Ejemplo :- El Carbono tiene 6 Protones y 6 Neutrones. Masa Atómica = 12.

• Una unidad de Masa Atómica es 1/12 de la masa de un átomo de carbono.

• Un gramo mol = Masa atómica en gr. de un elemento. Ejemplo

Un gramomol de

Carbono

12 Gramos de Carbono

6.023 x 1023

Átomos deCarbono


Problema de Ejemplo• El revestimiento de la moneda de un cuarto de dólar está formado

por una aleación de 75 % en peso de Cu y 25 % en peso de Ni. ¿Cúales son los porcentajes atómicos de Cu y Ni que contiene este material?

Datos: 75g Cu Peso Atómico 63.54 25g Ni Peso Atómico 58.69

• Número de moles de Cu =

• Número de moles de Ni = • Porcentaje Atómico de Cu =

• Porcentaje Atómico de Ni =

mol.g/mol.

g18031

5463

75

mol.g/mol.

g42600

6958

25

%5.73100)4260.01803.1(

1803.1

%5.26100)4260.01803.1(

4260.0


Estructura Electrónica de los Átomos• Los electrones rotan en niveles de energía definidos.• Se absorbe energía para pasar a un nivel de energía más alto.

• Se emite energía durante la transición a un nivel más bajo.• El cambio de energía debido a la transición = ΔE =

h=Constante de Plank

= 6.63 x 10-34 J.s c= Velocidad de la luz λ = Long. Onda de la luz

hc

EnergíaEmitida(Fotón)

EnergíaAbsorbida

(Fotón)

Niveles de Energía


Energía en el Átomo de Hidrógeno• El átomo de Hidrógeno tiene un protón y un electrón.• La energía de los átomos de higrógeno para diferentes niveles de

energía está dado por (n=1,2…..) números cuánticos principales • Ejemplo:- Si un electrón sufre una transición del estado n=3 al estado

n=2, la energía del fotón emitido es

• La energía requerida para remover completamente un electrón del átomo de hidrógeno es conocido como energía de ionización

evEn

2

6.13

evE 89.16.136.13

23 22


Números cuánticos de los Electrones de los Átomos

Número cuántico Principal (n)• Representan los niveles de energía principales.• Varían de 1 a 7.• Más grande es ‘n’ mayor es la energía.

Número cuántico Secundario (l)• Representan los subniveles de energía (orbital).• Varían de 0…n-1.• Representado por letras s,p,d y f.

n=1n=2

Orbital s (l=0)

Orbital p(l=1)

n=1

n=2

n=3


Número Cuántico Magnético ml.

• Representa la orientación espacial del orbital atómico simple.

• Los valores permisibles son –l a +l.

• Ejemplo:- si l=1,

ml = -1,0,+1.

Es decir: 2l+1 valores permitidos.

• No tiene efecto sobre la energía.

Número Cúantico de Giro Electrónico ms.

• Especifica las dos direcciones de giro electrónico.

• Las direcciones son horario o antihorario.

• Los valores son +1/2 ó –1/2.• Dos electrones en el mismo

orbital tienen giros opuestos.• No tiene efecto sobre la

energía.


Estructura electrónica de Átomos Multielectrónicos

• El número máximo de electrones en cada capa atómica está dado por 2n2.

• El tamaño atómico (radio) se incrementa con la adicioón de capas.

• La configuración electrónica lista el arreglo de los electrones en los orbitales.

Ejemplo :-

1s2 2s2 2p6 3s2

Para el Hierro, (Z=26), la configuración electrónica es 1s2 2s2 sp6 3s2 3p6 3d6 4s2

Números Cuánticos Principales

Letras de los Orbitales Número de Electrones


Estructura electrónica y Actividad Química

• Excepto el Helio, la mayoría de gases nobles (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) son químicamente muy estables

Todos tienen una configuración s2 p6 en su capa más externa.

El Helio tiene una configuración 1s2

• Los elementos Electropositivos ceden electrones durante las reacciones químicas para formar cationes.

Los cationes son indicados por números de oxidación positivos Ejemplo:- Fe : 1s2 2s2 sp6 3s2 3p6 3d6 4s2 Fe2+ : 1s2 2s2 sp6 3s2 3p6 3d6

Fe3+ : 1s2 2s2 sp6 3s2 3p6 3d5


• Los elementos Electronegativos aceptan electrones durante las reacciones químicas.

• Algunos elementos se comportan tanto como electronegativos y como electropositivos.

• La electronegatividad es el grado al cual el átomo atrae electrones a sí mismo

Medido en una escala de 0 a 4.1 Ejemplo :- Electronegatividad del Flúor es 4.1 Electronegatividad del Sodio es 1.

0 1 2 3 4K

Na N O F

W

Te

SeH

Electro-positivo

Electro-negativo


Enlaces Atómicos y Moleculares• Enlaces Iónicos :- Enlaces atómicos fuertes debido a

transferencia de electrones• Enlaces Covalentes :- Fuerza interactiva grande debido a la

compartición de electrones• Enlaces Metálicos :- Enlaces no-direccionales formados por

compartición de electrones• Enlaces de Dipolo permanente :- Enlaces intermoleculares

débiles debido a la atracción entre los extremos de los dipolos permanentes.

• Enlaces de Dipolo inducidos :- Enlaces de dipolos eléctricos muy débiles debido a la distribución asimétrica de las densidades electrónicas.


21/04/2023 24MATERIALES DE INGENIERIA-UCV

TRABAJO PRACTICO

• REALIZAR UNA INFOGRAFIA DE LOS TIPOS DE MATERIALES USADOS EN LA INDUSTRIA NACIONAL.

• SELECCIONAR UN TEMA PARA REALIZAR UN TRABAJO DE INVESTIGACION.


clase 1-mat. de ingeniería ucv (2014-i)

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